由于城市地下管道工程穿越的地层水文与工程地质条件的不确定性以及各种破岩设备的自身特点,现行的非爆破破岩方法均有各自的适应性。以TBM为例,其安装施工复杂,初期投入大,且受设备自身限制无法进入小断面施工现场,较适用大型长期隧道工程等;人工风镐破岩效率太低,不利于工程进度;其他如电气设备类破岩方式也存在经济性低、可代替性强等特点。基于上述因素,在实际顶管破岩掘进施工中应根据具体情况,选取适应具体地质条件的最佳破岩方式。静态破碎法是一种利用其主要成分(氧化钙)与水发生化学反应产生大量热量和较大膨胀压力,该膨胀压力作用在岩石上来实现破岩的破岩方法,与其他破岩方式相比,具有经济性较好、操作简单、危险系数小、益于携带等优点。如学者桂良玉 通过工程实践得出,静态破碎技术具有施工中无震动、无冲击波、无粉尘和抛石、噪声小污染小,有利于断面控制等优势,使其在某些特殊环境下发挥着不可替代的作用。马志刚等 通过对静态破碎剂膨胀机理的分析得出,静态破碎剂产生的膨胀压力通常能达到30 MPa,完全能够达到一般硬岩破碎的需求。
无声破碎岩石膨胀剂是指一种以氧化钙为基本成分,反应时体积膨胀,使岩石涨裂的技术。它是20纪80年代初研究成功的非爆炸型、无公害的破碎岩石技术。可用于不允许有震动和飞石的场所,和用来开采整体石料。静态膨胀剂的原理是以氧化钙为主要膨胀源,其含量约占81%。此外,还含有硅、铝、铁、镁的氧化物,并配以少量添加剂。在与适量水掺合后,发生水化反应。立方晶系的CaO转变成六方晶系的Ca(OH)2,体积增大50.2%,同时释放出,66.6kJ/mol的热量,从而具有膨胀作功的能力。有机添加剂用来延缓水化反应的速度,无机添加剂则用来控制硬结时间,并达到一定的强度。无声岩石膨胀剂装入炮孔中的静态膨胀剂,由于自身的膨胀作用,在孔壁的约束下,沿径向方向对炮孔壁产生较大的膨胀压力(30-50MPa)。孔壁径向受压,切向受拉,当孔径为4cm,孔距为40-60crn时,软岩或混凝土产生径向破裂所需的膨胀压力为10-20MPa,中硬岩或硬岩为15-30MPa。当炮孔内的膨胀压力增加到一定值后,介质就会产生径向裂缝而破裂 。
液压劈裂棒运用液压机械方式对岩石进行劈裂,是针对坚硬岩石能高效破裂的创新设备,在矿山开采及建筑土石方工程中不能使用炸药的情况下破碎岩石具有很大的技术优势,淘汰了膨胀破碎剂。山西愚公斧在国内率先从事岩石劈裂棒的施工及技术推广,引领行业发展。愚公斧劈裂棒应用于不能爆破作业并要求产量高、工期紧等技术难度大的土石方工程,山西愚公斧生产的愚公斧劈裂棒钻孔直径已达到24厘米以上,钻孔间隔3到5米一排,挖机吊装放入岩石孔中,两分钟左右可胀裂开石头20-50立方左右,轻松破碎坚石上千立方,比使用炮锤+切割机或膨胀破碎剂的方式快十倍以上,且成本低。比用切割机的优势是一台能顶十台的效率,降低水电费,噪音和污染改善,工期提前成本降低;比起用膨胀破碎剂的优势是钻孔直径大、间隔大,裂缝更大、效果更好、更易于破碎解小,立即见效不用等待、不间断重复作业,不受雨水和温度影响,无喷浆和强碱性危害,无震动安全环保。